4. Общие сведения по устройству и принципу действия электромеханических приборов.

Электромеханические измерительные приборы относят к приборам прямого действия. Они состоят из электрического преобразователя (измерительная цепь), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчётного устройства.

Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины Х в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной Х. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ).

Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же ИМ при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.

Измерительный механизм является основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для отклонения его подвижной части относительно неподвижной.

Отсчётное устройство состоит из указателя и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение подвижной части в перемещение указателя L, которое выражается в делениях шкалы.

В зависимости от принципа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части ИМ, электромеханические приборы подразделяются на: 1) магнитоэлектрические, 2) электромагнитные; 3) электродинамические;4) ферродинамические; 5) электростатические; 6) индукционные.

4. Моменты, действующие на подвижную часть электромеханических приборов.

Подвижная часть измерительного механизма представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения. Момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид J=, гдеJ – момент инерции подвижной части ИМ; α – угол отклонения подвижной части.

На подвижную часть ИМ при её движении воздействуют:

- вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля W_эм, сосредоточенной в механзме, по углу отклонения α подвижной части М=,

- противодействующий момент М_пр, создаваемый механическим путём с помощью спиральных пружин, растяжек, и пропорциональный углу отклонения α подвижной части: М_пр= -Wα, где W – удельный противодействующий момнт на единицу угла закручивания пружины;

- момент успокоения М_усп, т.е. момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения: М_усп= -Р, где Р – коэффициент успокоения.

11. Магнитоэлектрические измерительные механизмы и приборы (устройство и принцип действия).

Устройство и принцип действия магнитоэлектрического измерительного механизма

Основными узлами магнитоэлектрического измерительного механизма являются магнитная система и подвижная часть. В зависимости от взаимного расположения постоянного магнита и катушки подвижной системы различают приборы с внешним магнитом и приборы с внутрирамочным магнитом.

Магнитная система прибора с внешним магнитом состоит из постоянного магнита, магнитопровода, полюсных наконечников и неподвижного сердечника. Магнит выполняется чаще всего из железоникельалюминиевых сплавов, и является источником магнитного потока. В воздушном зазоре располагается рамка. Она свободно охватывает сердечник и жёстко крепится на полуосях, поворот которых вызывает перемещение стрелки по шкале. Рамка имеет обмотку из медного или алюминиевого изолированного провода. Применяются бескаркасные и каркасные рамки.

В магнитоэлектрических приборах используется магнитоиндукционное успокоение, но без применения специальных успокоителей. При движении рамки в поле постоянного магнита момент успокоения создаётся за счёт взаимодействия вихревых токов, возникающих в цепи обмотки рамки, с полем магнита.

Чувствительность магнитоэлектрического прибора не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале, т.е. магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. Это позволяет выпускать их комбинированными и многопредельными. Они относятся к числу наиболее точных приборов.

Большим достоинством является высокая чувствительность и малое собственное потребление мощности, могут применяться с различного рода преобразователями переменного тока в постоянный и для измерений в цепях переменного тока. К недостаткам следует отнести несколько более сложную и дорогую конструкцию, невысокую перегрузочную способность.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры

Измерительные механизмы магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются между собой. В зависимости от назначения прибора меняется его измерительная цепь. В амперметрах ИМ включается в цепь непосредственно или при помощи шунта. В вольтметрах последовательно с измерительным механизмом включается добавочное сопротивление, и прибор подключается к тем точкам схемы, между которыми необходимо измерить напряжение.

Расширение пределов измерения амперметра достигается включением шунта параллельно прибору.

R_ш =, I_ш=I-I_им.

Шунты изготавливаются из манганинаЮ имеющего температурный коэффициент сопротивления близкий к нулю.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления (резисторы). Добавочные резисторы включаются в цепь последовательно с ИМ. I_им=. Добавочные резисторы изготавливаются из манганина и представляют собой обычно катушки из манганиновой проволоки, намотанные бифилярно.

Магнитоэлектрические логометры

В логометрах противодействующий момент создаётся не механическим путём, а электрическим. Для этого в магнитоэлектрическом логометре подвижная часть выполняется в виде двух жёстко скреплённых между собой рамок, по обмоткам которых протекают токи I₁ и I₂. Ток к обмоткам подводится с помощью безмоментных токоподводов, выполняемых в виде тонких неупругих ленточек.

Направления токов в обмотках выбираются так, чтобы моменты М1 и М2, создаваемые рамками, действовали навтречу друг другу. Один из моментов может считаться вращающим, а второй – протеводействующим. Кроме того, хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота.

Уравнение преобразования для логометра имеет следующий вид : α=F(. Логометр измеряет отношение токов в обмотках.

Магнитоэлектрические омметры

В конструкциях омметров используются измерительные механизмы с механическим противодействующим моментом («обычные») и логометрические измерительные механизмы.

Общий недостаток «обычных» приборов – зависимость показаний от напряжения источника питания, что требует подстройки «нуля» перед каждым измерением.

А вот показания омметра на основе логометрического ИМ не зависят от напряжения источника питания, что является его достоинством.

Магнитоэлектрические приборы с преобразователями

Использование преобразователя переменного тока в постоянный, позволяет выполнять измерения магнито- электрическим прибором в цепях переменного тока. В зависимости от вида используемого преобразователя различают выпрямительные и термоэлектрические приборы.

В амперметре выпрямительной системы измеряемый ток i(t) выпрямляется и проходит через обмотку катушки магнитоэлектрического ИМ.

Все приборы выпрямительной системы градуируются в действующих значениях токов (напряжений) синусоидальной формы и не предназначены для измерений в цепях с токами произвольной формы.

В амперметре термоэлектрической системы измеряемый ток, it) проходит через нагреватель термопреобразователя (ТП). При его нагреве на свободных концах термопары возникает термоЭДС, вызывающая постоянный ток через обмотку катушки магнитоэлектрического ИМ. Значение этого тока нелинейно зависит от действующего значения I измеряемого тока i(t) и мало зависит от формы и спектра.

Схемы вольтметров выпрямительной и термоэлектрической систем отличаются от схем амперметров наличием добавочного сопротивления, включённого последовательно в цепь измеряемого i(t) и выполняющего функцию преобразователя измеряемого напряжения в ток.

Обычно приборы выпрямительной и термоэлектрической систем делают многопредельными и комбинированными, что позволяет использовать их для измерения как переменных, так и постоянных токов и напряжений.